数电实验-----触发器的原理与应用（Quartus II ）
目录
触发器概述
1.基本RS触发器
2.同步触发器
（1）RS同步触发器
（2）D触发器
3.边沿触发器
（1）JK触发器
（2）T触发器
JK触发器的转换
（1）JK触发器转换为D触发器
（2）JK触发器转换为T触发器
触发器概述
基本要求
- 有两个稳定的状态(0、1)，以表示存储内容
- 能够接收、保存和输出信号。
现态和次态
- 现态: On触发器接收输入信号之前的状态
- 次态: O(n+1)触发器接收输入信号之后的状态
分类
- 按电路结构和工作特点: 基本、同步、边沿
- 按逻辑功能分:RS、JK、D和T(T')
- 其他: TTL和 CMOS，分立和集成
下面我会一一详细讲解，并且通过Quartus II作出电路图进行仿真测试。
1.基本RS触发器
基本RS触发器的触发方式： 、 或RD、SD端的输入信号直接控制。 （电平直接触发）
基本RS触发器，也有人叫它RS锁存器，用于实现“记忆”电路状态/数据功能的东西 。
样式如下：
- Q代表这个触发器的状态，Q=1时，即表示当前触发器状态为1。
- S代表置位，当设置S=1，R=0时，由于S=1，不管设置前的Q的状态是0还是1，由或非真值表我们知道，输出结果总是为0！即非Q=0。又因为非Q=0，R=0，此时由真值表可知Q=1。即我们称S=1是我们希望这个触发器的状态为1。在或非门中这种状态被称为“置一”。
- R代表复位，当设置R=1，S=0时，由于R=1，不管设置前的非Q状态是0还是1，都有输出结果为0,即Q=0，即我们称R=1是我们希望触发器的状态能被复位回0的状态。（当然啦，Q=0后，因为S=0，Q=0，所以又有非Q=1.）在或非门中这种状态被称为“置零”。
- 非Q，我的理解是“一个辅助”，辅助这个电路构成这样奇特的结构——能够实现“保存Q状态”的功能，非Q和Q是互补关系。
详细看此链接：https://www.zhihu.com/question/52484126/answer/551394736
RS触发器的结构与功能表：
a是通过与非门来实现的，b是通过或非门去实现的，功能是一样的。
RS基本触发器的表达式：
Quartus II 作出创建block文件，作出电路图，如下所示：
仿真结果：
我们可以去一一对比，仿真无误。
2.同步触发器
同步触发器（时钟触发器或钟控触发器）：具有时钟脉冲CP控制的触发器。 CP：控制时序电路工作节奏的固定频率的脉冲信号，一般是矩形波。 同步：因为触发器状态的改变与时钟脉冲同步。
（1）RS同步触发器
不同于基本RS基本触发器的是，同步RS触发器多了个电平脉冲控制，比如高电平有效的时候，S和R控制开关才会有效（效果是跟RS基本触发器一样的，即功能表一样），其他情况下是不管怎么去拨都是无效的。
结构如下：
表达式和真值表如下：
（2）D触发器
D触发器是一种高电平有效的触发器，D触发器很简单，也就是前面RS同步触发器把R和S连接到一起的功能就是D触发器了，其样式如下：
电路结构：
功能表如下：
特征方程： Q(n+1) = D
Q(n+1)是下一个状态
看一道例题：
在数电实验中，D触发器的功能芯片是74LS74芯片，其管脚图如下：
D1 是表示设置的值
CLK是表示脉冲信号
CLR1和PR是表示初始值的设定
Quartus II 作出创建block文件，作出电路图，如下所示：
仿真结果：
其实对于D触发器一直都会出现相关的问题。
存在问题: 时钟电平触发方式会出现空翻。同步触发器在CP=1期间，触发器发生两次或两次以上翻转的现象称为空翻。在数字电路中，为保证电路稳定可靠地工作，要求一个CP脉冲期间，触发器只能动作一次。
解决方法: 边沿触发器
3.边沿触发器
为了提高触发器的可靠性,增强抗干扰能力,希望触发器的次态仅仅取决于 CLK 信号下降沿(或上升沿)到达时刻输入信号的状态。而在此之前和之后输人状态的变化对触发器的次态没有影响。为实现这一设想,人们相继研制成了各种边沿触发(edge-triggered)的触发器电路。
边沿触发器分类比较多，常见的分为D边沿触发器，JK触发器，T触发器和T'触发器。这里我重点去讲的就是JK触发器和T触发器。至于D边沿触发器的相关效果跟上面的同步触发器是差不多一样的，唯一不同的是D边沿触发器在有效的脉冲信号是不会去进行空翻的。
（1）JK触发器
JK触发器是数字电路触发器中的一种基本电路单元。JK触发器具有置0、置1、保持和翻转功能。在各类集成触发器中，JK触发器的功能最为齐全。在实际应用中，它不仅有很强的通用性，而且能灵活地转换其他类型的触发器。由JK触发器可以构成D触发器和T触发器。
JK触发器是一种低电平有效的触发器。
电路结构：
JK触发器和触发器中最基本的RS触发器结构相似，其区别在于，RS触发器不允许R与S同时为1，而JK触发器允许J与K同时为1。当J与K同时变为1的同时，输出的值状态会反转。也就是说，原来是0的话，变成1；原来是1的话，变成0 。
真值表如下：
特征方程 ： Q(n+1) = JQ(n)'+K'Q(n)
Q(n+1)是下一个状态，Q(n)是上一个状态
在数电实验中，JK触发器的功能芯片是74LS112芯片，下面我通过Quartus II 去对其电路进行仿真测试。
管脚图如下：
JK是表示设定的值
CLK是表示脉冲信号
~S和~R是表示初始值的设定
Quartus II 作出创建block文件，作出电路图，如下所示：
仿真结果如下：
（2）T触发器
T触发器是在数字电路中，凡在CP时钟脉冲控制下，根据输入信号T取值的不同，具有保持和翻转功能的触发器，即当T=0时能保持状态不变，当T=1时一定翻转的电路。
功能表：
特征方程： Q(n+1) = T Q(n) ' +T ' Q(n) = T⊕Q(n)
其中Q(n)为现态，Q(n+1)为次态
JK触发器的转换
（1）JK触发器转换为D触发器
JK触发器特征方程 ： Q(n+1) = JQ(n)'+K'Q(n)
特征方程： Q(n+1) = D
其中Q(n)为现态，Q(n+1)为次态
根据上面两个触发器的特征方程，我们可以对JK触发器的特征方程去进行修改和限制，使得JK触发器的特征方程变为D触发器的特征方程，修改如下：
J=D
K=D'
Q(n+1) = JQ(n)'+K'Q(n) = DQ(n)'+DQ(n) = D
其中Q(n)为现态，Q(n+1)为次态
Quartus II 作出创建block文件，作出电路图，如下所示：
仿真结果如下： 
实际电路板的连接图：
（2）JK触发器转换为T触发器
JK触发器特征方程 ： Q(n+1) = JQ(n)'+K'Q(n)
T触发器特征方程： Q(n+1) = T Q(n) ' +T ' Q(n) = T⊕Q(n)
其中Q(n)为现态，Q(n+1)为次态
根据上面两个触发器的特征方程，我们可以对JK触发器的特征方程去进行修改和限制，使得JK触发器的特征方程变为T触发器的特征方程，修改如下：
J=K=T
Q(n+1) = JQ(n)'+K'Q(n) = TQ(n)'+T'Q(n) = T⊕Q(n)
其中Q(n)为现态，Q(n+1)为次态
Quartus II 作出创建block文件，作出电路图，如下所示：
仿真结果如下：
电路板连接图：
以上就是本次实验的内容，喜欢的给个关注吧！
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